(57)【要約】【課題】  本発明はターボ過給エンジンの排気還流装置に関し、ターボチャージャによる高過給下に於ても、排気還流を確実に行うことができるターボ過給エンジンの排気還流装置を提供することを目的とする。【解決手段】  ターボチャージャを備えたターボ過給エンジンの吸気マニホルドを、吸気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に第１の吸気マニホルド部と第２の吸気マニホルド部とに分割し、夫々の吸気入口にエジェクタを装着すると共に、排気マニホールドを、第１，第２の吸気マニホルド部に対応して排気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に第１の排気マニホルド部と第２の排気マニホルド部とに分割し、第１の吸気マニホルド部側のエジェクタと第１の排気マニホルド部及び第２の吸気マニホルド部側のエジェクタと第２の排気マニホルド部との間に、夫々、逆止弁を装着した排気還流通路を接続したことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャを備えたターボ過給エンジンの吸気マニホルドを、吸気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に第１の吸気マニホルド部と第２の吸気マニホルド部とに分割し、夫々の吸気入口にエジェクタを装着すると共に、
排気マニホールドを、上記第１，第２の吸気マニホルド部に対応して排気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に第１の排気マニホルド部と第２の排気マニホルド部とに分割し、
第１の吸気マニホルド部側のエジェクタと第１の排気マニホルド部及び第２の吸気マニホルド部側のエジェクタと第２の排気マニホルド部との間に、夫々、逆止弁を装着した排気還流通路を接続したことを特徴とするターボ過給エンジンの排気還流装置。
【請求項２】
排気還流通路に、ＥＧＲクーラーを装着したことを特徴とする請求項１に記載のターボ過給エンジンの排気還流装置。
【請求項３】
エジェクタは、鋳物で一体に成形され、ケーシング内に吸気下流側に向けて縮径し、その端部がケーシング内に開口する筒状ののど部と、当該のど部を環状に取り巻き、のど部の開口端の直下流にＥＧＲガスを導入するＥＧＲガス導入部とを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のターボ過給エンジンの排気還流装置。
【請求項４】
エジェクタは、直管からなるのど部と、当該のど部の前後に連結されて前後方向に拡径する円錐管と、当該のど部と円錐管を覆い、排気還流通路が接続された外管との二重管構造からなり、のど部の直下流の円錐管の周壁に、複数のＥＧＲガス導入孔を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のターボ過給エンジンの排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ過給エンジンの排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの燃焼時に発生する窒素酸化物（ＮＯX ）を低減するため、今日、排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気側へ排気還流（以下、「ＥＧＲ」という）させる排気還流装置（ＥＧＲ装置）が知られている。
窒素酸化物は高温の排気ガスのもとで空気中の酸素と窒素が反応してできるため、この排気還流装置は、ＥＧＲで燃焼温度を下げて窒素酸化物の発生を抑制するものである。
【０００３】
また、従来、多くの車両にはエンジン出力の向上を図る目的でターボチャージャが搭載され、ターボチャージャを備えたターボ過給エンジンにも排気還流装置が装着されている。
そして、ターボ過給エンジンのＥＧＲは、ターボチャージャのタービンの上流側からコンプレッサの下流へ圧力差を利用して行われているが、ターボ過給エンジンでは、排気圧より給気圧の方が高くなる運転領域（特に低速高負荷域）が存在し、この運転領域でＥＧＲを十分に行うことができなくなる虞があった。
【０００４】
そこで、斯かる不具合を解決し、高負荷域でもＥＧＲを可能としたターボ過給エンジンの排気還流装置として、特許文献１及び非特許文献１に開示されるものが知られている。
これらの排気還流装置は、何れも総ての気筒の吸気が流れる部分に一個の共通のベンチュリを設けて、各気筒が一体化された吸気マニホールドにＥＧＲさせたもので、この構造によれば、ベンチュリ効果によってＥＧＲ合流部の吸気圧が排気力より低く、また、のど部を通る吸気の流速が早くなるため、ＥＧＲ通路からＥＧＲされる排気ガスが、ベンチュリののど部を流れる吸気に引っ張られてこれと合流することとなる。
【０００５】
また、他のＥＧＲ方式として内部ＥＧＲ方式が知られている。
この内部ＥＧＲ方式は、排気弁の閉弁タイミングを早め、燃焼室内に排気ガスの一部を残留させて吸気と混合，燃焼させるものであるが、昨今では、吸気行程時に排気弁を開いて、排気マニホールド側から排気ガスをＥＧＲガスとして燃焼室内に導入する方法も内部ＥＧＲ方式として知られている。
【特許文献１】特開２００２−２２１１０３号公報
【非特許文献１】日産ディーゼル工業株式会社発行  テクニカル レビュー２００３  Ｎｏ．１５  第１８頁〜第２４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし乍ら、既述したように特許文献１及び非特許文献１に開示された排気還流装置は、総ての気筒に共通のベンチュリを設けて一体化された吸気マニホールドにＥＧＲさせた構造上、吸気脈動を利用していないために吸気負圧が小さくなってしまう欠点がある。
そして、吸気負圧を大きくしてＥＧＲ率を高めるにはベンチュリののど部を大きく絞らなければならないが、のど部を絞るに従い、吸気抵抗が増えてエンジン出力の低下や燃費の悪化を招いてしまう不具合があった。
【０００７】
また、既述した内部ＥＧＲ方式ではＥＧＲガスの温度が高いため、窒素酸化物の低減効果が十分に得られない欠点があった。
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、上述の如き不具合を解消し、ターボチャージャによる高過給下に於ても、ＥＧＲを確実に行うことができるターボ過給エンジンの排気還流装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
斯かる目的を達成するため、請求項１に係るターボ過給エンジンの排気還流装置は、ターボチャージャを備えたターボ過給エンジンの吸気マニホルドを、吸気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に第１の吸気マニホルド部と第２の吸気マニホルド部とに分割し、夫々の吸気入口にエジェクタを装着すると共に、排気マニホールドを、上記第１，第２の吸気マニホルド部に対応して排気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に第１の排気マニホルド部と第２の排気マニホルド部とに分割し、第１の吸気マニホルド部側のエジェクタと第１の排気マニホルド部及び第２の吸気マニホルド部側のエジェクタと第２の排気マニホルド部との間に、夫々、逆止弁を装着した排気還流通路を接続したことを特徴とする。
【０００９】
そして、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のターボ過給エンジンの排気還流装置に於て、排気還流通路に、ＥＧＲクーラーを装着したことを特徴とする。
また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のターボ過給エンジンの排気還流装置に於て、エジェクタは、鋳物で一体に成形され、ケーシング内に吸気下流側に向けて縮径し、その端部がケーシング内に開口する筒状ののど部と、当該のど部を環状に取り巻き、のど部の開口端の直下流に排気ガスを導入する排気導入部とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
そして、請求項４に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のターボ過給エンジンの排気還流装置に於て、エジェクタは、直管からなるのど部と、当該のど部の前後に連結されて前後方向に拡径する円錐管と、当該のど部と円錐管を覆い、排気還流通路が接続された外管との二重管構造からなり、のど部の直下流の円錐管の周壁に、複数のＥＧＲガス導入孔を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明によれば、吸気マニホールドと排気マニホールドを吸排気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に分割して、これらの間に逆止弁を装着した排気還流通路を接続したので、吸排気干渉を防止し、脈動（吸排気パルス）を有効に利用して逆止弁を作動させ、過給圧の高い高負荷域に於てもＥＧＲ率を高めることができることとなった。
【００１２】
そして、高過給と高ＥＧＲの組合せによって低ＮＯｘと低燃費が両立できる利点を有する。
また、請求項２に係る発明によれば、排気還流通路に流入したＥＧＲガスの温度をＥＧＲクーラーが下げるため、燃焼時のスモークの悪化を抑え、窒素酸化物の低減を図ることが可能である。
【００１３】
更にまた、請求項３及び請求項４に係る発明によれば、ＥＧＲガスをエジェクタののど部の直下流に導入させることで、多量のＥＧＲガスを効率的にＥＧＲさせることができる利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は請求項１乃至請求項３に係る排気還流装置の第一実施形態を示し、図１に於て、１は直列６気筒のディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）３に装着された排気マニホールド、５は当該排気マニホールド１に接続された排気通路で、排気通路５には可変ノズル式ターボチャージャ（以下、「ターボチャージャ」という）７が装着されており、エンジン３から放出された排気ガスＧがターボチャージャ７のタービン７ａを回すと、これに直結して回転するコンプレッサ７ｂが吸入空気Ａを圧縮して、過給された圧縮空気Ａ-1が吸気通路９から吸気マニホールド１１を介してエンジン３に送り込まれるようになっている。
【００１５】
そして、吸気通路９には、ターボチャージャ７で過給された圧縮空気Ａ-1の温度を下げて吸気の充填効率を向上させるインタークーラ１３が装着され、また、コンプレッサ７ｂの上流側の吸気通路９にはエアフィルタ１５が装着されると共に、タービン７ａの下流側の排気通路５に消音器１７が装着されている。
而して、上記エンジン３は、１−４−２−６−３−５の点火順序に設定されている。そして、吸気マニホールド１１は、吸気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎、即ち、＃１〜＃３気筒（前３気筒）側に装着された第１の吸気マニホルド部１１ａと、＃４〜＃６気筒（後３気筒）側に装着された第２の吸気マニホルド部１１ｂとに分割されており、夫々の吸気入口にエジェクタ（ベンチュリ）１９，２１が装着されている。
【００１６】
一方、前記排気マニホールド１も、第１，第２の吸気マニホルド部１１ａ，１１ｂに対応して排気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に第１の排気マニホルド部１ａと第２の排気マニホルド部１ｂとに分割されており、両排気マニホルド部１ａ，１ｂの合流部に前記排気通路５が接続されている。
そして、第１の排気マニホルド部１ａと前記エジェクタ１９との間にＥＧＲ通路（排気還流通路）２３が接続され、第２の排気マニホルド部１ｂａと前記エジェクタ２１との間にＥＧＲ通路（排気還流通路）２５が接続されている。
【００１７】
図２はエジェクタ１９，２１の断面図を示し、既述したようにエジェクタ１９，２１は第１，第２の吸気マニホルド部１１ａ，１１ｂの吸気入口に装着されているが、図１に示すように吸気通路９の下流側は２本の分岐吸気通路９ａ，９ｂに分岐されており、一方の分岐吸気通路９ａが第１の吸気マニホルド部１１ａに接続され、他方の分岐吸気通路９ｂが第２の吸気マニホルド部１１ｂに接続されている。そして、分岐吸気通路９ａ側にエジェクタ１９が装着され、他方の分岐吸気通路９ｂ側にエジェクタ２１が装着された構造となっている。
【００１８】
而して、図２に示すようにエジェクタ１９，２１は、ケーシング２７の一側面にＥＧＲ通路２３，２５の接続部２９が設けられた一体型の鋳物構造で、ケーシング２７内には、吸気下流側に向けて縮径し、その端部がケーシング２７内の合流室３１に開口する筒状ののど部３３が、接続される分岐吸気通路９ａ，９ｂと同軸上に設けられており、合流室３１はのど部３３を環状に取り巻き、上記接続部２９に設けたＥＧＲガス導入孔３５が連通している。
【００１９】
そして、合流室３１の周壁は、吸気の下流側へ順次絞られて絞り部３７が設けられており、ＥＧＲ通路２３，２５を流下したＥＧＲガスＧ-1が、ＥＧＲガス導入孔３５を介してのど部３３の開口端３９の直下流に導入された後、ＥＧＲガスＧ-1と圧縮空気Ａ-1が絞り部３７から吸気マニホールド１１側へ速やかに流下するようになっている。
そして、図１に示すように両ＥＧＲ通路２３，２５に、夫々、ＥＧＲガスＧ-1を冷却するＥＧＲクーラー４１，４３と、各排気マニホルド部１ａ，１ｂへのＥＧＲガスＧ-1の逆流を防止する逆止弁（リードバルブ）４５，４７と、ＥＧＲ率制御のＥＧＲバルブ４９，５１が排気マニホルド部１ａ，１ｂ側から順次装着された構造となっている。
【００２０】
本実施形態に係る排気還流装置５３はこのように構成されているから、ターボチャージャ７で過給された圧縮空気Ａ-1が、インタークーラ２５，エジェクタ１９，２１を介してエンジン３の吸気マニホルド１１に供給され、また、逆止弁４５，４７の作動でＥＧＲ通路２３，２５に流入したＥＧＲガスＧ-1が、エジェクタ１９，２１ののど部３３を流れる圧縮空気Ａ-1（吸気）に引っ張られて吸気マニホルド１１にＥＧＲされ、また、ＥＧＲ通路２３，２５に流入したＥＧＲガスＧ-1の温度をＥＧＲクーラー４１，４３が下げて燃焼時のスモークの悪化を抑え、窒素酸化物の低減を図ると共に、各ＥＧＲ通路２３，２５に装着した逆止弁４５，４７が、排気脈動によるＥＧＲガスＧ-1の逆流を防止する。
【００２１】
そして、既述したように本実施形態は、吸気マニホールド１１を、吸気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に第１の吸気マニホルド部１１ａと第２の吸気マニホルド部１１ｂとに分割し、夫々の吸気入口にエジェクタ１９，２１を装着すると共に、排気マニホールド１を、第１，第２の吸気マニホルド部１１ａ，１１ｂに対応して排気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に第１の排気マニホルド部１ａと第２の排気マニホルド部１ｂとに分割して、エジェクタ１９と第１の排気マニホルド部１ａ及びエジェクタ２１と第２の排気マニホルド部１ｂとの間に、逆止弁４５，４７等を装着したＥＧＲ通路２３，２５を接続したから、図３に示すように吸気マニホルド部１１ａと排気マニホルド部１ａとの間、及び吸気マニホルド部１１ｂと排気マニホルド部１ｂとの間で、夫々、排気パルス（正圧）の山と吸気パルス（負圧）の谷の時期が略合致するため、各ＥＧＲ通路２３，２５の両側に大きな差圧ΔＰが発生して逆止弁４５，４７が良好に機能し、ターボチャージャ７による過給下に於ても確実なＥＧＲが行われることとなる。
【００２２】
而も、上述したように吸気マニホールド１１を、吸気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に第１の吸気マニホルド部１１ａと第２の吸気マニホルド部１１ｂとに分割したため、各吸気マニホルド部１１ａ，１１ｂ内に於て、各気筒の吸気期間中に他の気筒のバルブが開いて吸気干渉が起こることがなく、吸気行程で生じた吸気パルスが圧力波となって、夫々の分岐吸気通路９ａ，９ｂ内を遡って各エジェクタ１９，２１に伝わるため、エジェクタ１９，２１ののど部３３で流速が高まり、吸気の正圧が低くなった部分にＥＧＲ通路２３，２５からＥＧＲガスＧ-1が導入されるので、高いＥＧＲ率が得られることとなる。
【００２３】
更に排気マニホールド１側も、排気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に第１の排気マニホルド部１ａと第２の排気マニホルド部１ｂとに分割しているため、排気干渉が生ずることなく排気パルスが排気通路５へ流出する結果、タービン７ａを回す力が弱まることがなくなると共に、既述した排気パルスの山と吸気パルスの谷の大きな差圧ΔＰの発生に寄与し、良好に逆止弁４５，４７が開いて確実なＥＧＲが行われることとなる。
【００２４】
更にまた、エジェクタ１９，２１内にＥＧＲガスＧ-1を導入するに当たり、図２に示すように本実施形態は、ＥＧＲ通路２３，２５を流下したＥＧＲガスＧ-1をのど部３３の開口端３９の直下流に導入させるように構成しているが、斯様にのど部３３の直下流にＥＧＲガスＧ-1を導入することで多量のＥＧＲガスＧ-1が効率的に導入でき、良好なＥＧＲを行えることがシミュレーションで明らかとなっている。
【００２５】
このように本実施形態は、吸気マニホールド１と排気マニホールド１１を、吸排気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に分割したため、吸排気干渉を防止することができ、脈動（吸排気パルス）を有効に利用して逆止弁４５，４７を作動させ、而も、のど部３３の直下流にＥＧＲガスＧ-1を導入することで多量のＥＧＲガスＧ-1を効率的に導入できることも相俟って、過給圧の高い高負荷域に於てもＥＧＲ率を高めることができることとなった。
【００２６】
そして、高過給と高ＥＧＲの組合せによって低ＮＯｘと低燃費が両立できる利点を有する。
尚、本実施形態に於て、高ＥＧＲ率に伴う吸気量低下を、ターボチャージャ７のノズル開度を小さくすることによって対応可能である。
図４は請求項１，請求項２及び請求項４の排気還流装置に用いるエジェクタの一実施形態を示し、本実施形態に係るエジェクタ５５は、分岐吸気通路９ａ，９ｂよりも小径な直管からなるのど部５７と、当該のど部５７の前後に連結されて前後方向へ順次拡径された円錐管５９，６１と、当該のど部５７と円錐管５９，６１を覆い、図示しないＥＧＲ通路が接続された外管６３との二重管構造の板金溶接構造からなり、のど部５７の直下流の円錐管６１の周壁に、複数のＥＧＲガス導入孔６５が設けられている。そして、外管６３の周壁には、ＥＧＲ通路との接続部にＥＧＲガス導入孔６７が開口している。
【００２７】
而して、本実施形態に係るエジェクタ５５も、のど部５７の直下流にＥＧＲガス導入孔６５を介してＥＧＲガスＧ-1を導入するように構成したので、既述したエジェクタ１９，２１と同様、多量のＥＧＲガスＧ-1を効率的に導入できる利点を有する。
図５は請求項１乃至請求項３の第二実施形態に係る排気還流装置を示し、本実施形態に係る排気還流装置６９は、図１の可変ノズル式のターボチャージャ７に代え、これよりも廉価な二段過給ターボチャージャ（２ステージターボ）７１を用いたもので、その他の構成は上記第一実施形態と同様であるので、同一のものには同一符号を付してそれらの説明は省略する。
【００２８】
二段過給ターボチャージャ７１は、通常、小さなエンジンで高出力を確保するために使用されており、一つのターボチャージャでは圧縮比に限度があるため、高い圧力で過給するために二段構造となっている。
而して、本実施形態によれば、上記第一実施形態と同様、所期の目的を達成することができることは勿論、高い圧力で過給を行い多くの吸気を燃焼室に送り込むことができるため、パティキュレート，ＮＯｘが低下し、燃費が更に向上する利点を有する。
【００２９】
尚、各実施形態に於て、排気干渉を更に防止するため、ターボチャージャ７，７１のタービンハウジングの内側通路（少なくとも入口部）を排気行程がオーバーラップしない気筒分毎に分割するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】請求項１乃至請求項３の第一実施形態に係る排気還流装置の説明図である。
【図２】エジェクタの断面図である。
【図３】排気パルスと吸気パルスの波形図である。
【図４】請求項１，請求項２及び請求項４の排気還流装置に用いるエジェクタの一実施形態の断面図である。
【図５】請求項１乃至請求項３の第二実施形態に係る排気還流装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  排気マニホールド
１ａ  第１の排気マニホルド部
１ｂ  第２の排気マニホルド部
３  エンジン
５  排気通路
７  ターボチャージャ
７ａ  タービン
７ｂ  コンプレッサ
９  吸気通路
１１  吸気マニホールド
１１ａ  第１の吸気マニホルド部
１１ｂ  第２の吸気マニホルド部
１３  インタークーラ
１９，２１，５５  エジェクタ
２３，２５  ＥＧＲ通路
２７  ケーシング
３１  合流室
３３，５７  のど部
３５，６５，６７  ＥＧＲガス導入孔
３７  絞り部
３９  開口端
４１，４３  ＥＧＲクーラー
４５，４７  逆止弁
４９，５１  ＥＧＲバルブ
５３，６９  排気還流装置
５９，６１  円錐管
６３  外管
７１  二段過給ターボチャージャ
【図１】
2005147010.tif 000003
【図２】
2005147010.tif 000004
【図３】
2005147010.tif 000005
【図４】
2005147010.tif 000006
【図５】
2005147010.tif 000007